JP2003035091A - トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削機構とその他の複数の施工機構を備えた
複合的な多機能掘削機でも、長尺のロックボルト打設機
構を備えることのできるようにすることを課題とする。 【解決手段】 クローラ式の走行台車１に掘削手段２、
ギャザリング手段４、破砕手段５、コンクリート吹き付
け手段６、ずり搬送手段７などを備えたトンネル掘削装
置において、掘削手段２は、先端ブーム部材１０、後端
ブーム部材１１からなる中折れブーム機構を備える。そ
の後端ブーム部材１１上にロックボルト打設手段３を設
ける。ロックボルト打設手段３は、ガイドシェルによっ
て伸縮自在に支持されるドリフター３３とコンパクトな
ブーム機構１９から構成し、その回転台２０を回転支点
１１ｃの近傍に設けて、ロックボルト打設時以外は、折
りたたんだ状態で、後端ブーム部材１１上に格納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削工事
におけるトンネル掘削装置、特に、１台の装置に多様な
施工手段を兼ね備えたトンネル掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘削工事において、初期
掘削後、トンネル内部から地山を補強するため、いわゆ
るクローラジャンボなどの自走式の穿孔装置を用いて長
尺のロックボルトの打設などが行われていた。また、近
年、交通量の確保の要求から、既設トンネルの車線幅を
広げるためのトンネル拡幅工事の要求が高まっている
が、この場合にも、工事の安全を確保するため、同様な
方法で地山の補強が行われることが多い。後者の場合に
は、特に、交通を遮断しないために活線状態での工事が
必要となり、施工工期の短縮が強く求められている。こ
のような従来のトンネル掘削・拡幅工事においては、切
羽の穿孔、掘削、破砕、ロックボルトの打設、覆工の破
砕、支保工立て込み、コンクリート吹き付けなどを、何
種類かの施工機械を搬入して行うので、その入れ替えに
時間を取られ、工期が長引くという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題の解決
のためには、上記のような施工手段を１台の施工機械で
できるだけ兼ねる複合的な多機能掘削機が考えられる。
しかしながら、ロックボルトを打設するクローラジャン
ボは、長尺のロックボルトを打設する必要があるので、
大型化せざるを得ず、掘削・破砕手段、コンクリート吹
き付け手段などを備えた多機能掘削機に組み込むことは
困難であり、これまでのところ、そのような施工機械が
提案されたこともなかった。

【０００４】そこで、本発明では、掘削手段とその他の
複数の施工手段を備えた複合的な多機能掘削機において
も、長尺のロックボルト打設手段を備えることができる
ようにすることを課題とする。

【０００５】さらにそのような多機能掘削機に長尺のロ
ックボルト打設手段を搭載しても掘削作業に支障が出る
ことがないようにすることを課題とする。

【０００６】またこれらの課題の解決を通じて、トンネ
ル掘削・拡幅工事において施工機械の入れ替えの必要が
少なくなり、結果として工期を短縮できるようにするこ
とを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、トンネル掘削に用いるトンネル掘削装置であって、
回動支点で結合した少なくとも２つのブーム部材からな
り、その先端に掘削手段を設けた中折れ掘削ブーム機構
を備え、該中折れ掘削ブーム機構の、掘削手段を備えて
いないブーム部材上に、回動可能なブーム機構を設け、
該ブーム機構に、地山にロックボルトを打設するための
ドリフターと、該ドリフターを支持してロックボルトの
打設を案内せしめるガイドシェルとからなるロックボル
ト打設機構を設けて、ロックボルト打設手段を構成す
る。そのため、トンネル掘削装置に、掘削時には中折れ
掘削ブーム機構の掘削手段のないブーム部材と一体で動
き、掘削動作の妨げにならないロックボルト打設手段を
設けることができる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のトンネル掘削装置において、前記ロックボルト打設
機構は、前記ガイドシェルを伸縮可能に設けて、収縮時
には前記ブーム機構を取り付けているブーム部材の長さ
より短い長さに収縮し、かつ前記ブーム機構の回動によ
って、前記ブーム部材近傍に並列して格納する。したが
って少なくとも請求項１の装置と同様の課題を解決でき
る。さらには、ガイドシェルを伸縮可能にして、中折れ
掘削ブーム機構の掘削手段のついていないブームより長
さを短くしてそのブーム部材近傍に格納するので、より
いっそう支障のない掘削作業を進めることができる。

【０００９】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は２に記載のトンネル掘削装置において、前記ロックボ
ルト打設機構が設けられたブーム機構は、前記ブーム部
材上において、前記掘削手段を備えたブーム部材と結合
した回動支点の近傍に設ける。したがって少なくとも請
求項１または２の装置と同様の課題を解決できる。さら
には、ロックボルト打設機構を移動させるブーム機構
は、それが設置されるブーム部材において、中折れ掘削
ブーム機構を備えたブーム部材と結合する回動支点の近
傍に設けられるので、ロックボルト打設機構を移動させ
るとき、中折れ掘削ブーム機構を動かすブーム機構の動
きを最大限に生かすことができるので、ロックボルト打
設機構に取り付けられるブーム機構を小さくしておいて
も、大きな可動範囲を得られるように構成でき、装置の
大きさ、質量を低減できる。したがって、１台の装置に
種々の施工手段を備える多機能掘削機を構成するのに好
適である。

【００１０】以上に述べたように、本発明によれば、種
々の施工手段を備えた複合的な多機能掘削機において
も、ロックボルト打設の作業を円滑に進めることがで
き、ロックボルト打設のために、施工機械の入れ替えを
する必要がないから、結果として、施工期間の短縮を図
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るト
ンネル掘削装置を示す概略図である。図２は、本発明に
係るトンネル掘削装置による掘削動作の様子を示す概略
図である。図３は、本発明に係るトンネル掘削装置によ
る穿孔およびロックボルト打設動作の様子を示す概略図
である。図４は、本発明に係るトンネル掘削装置のロッ
クボルト打設機構の伸縮動作の様子を示す概略図であ
る。

【００１２】本発明に係るトンネル掘削装置は、図１に
示すように、種々の施工を行うための手段を自走式の走
行台車１に搭載してなる装置であり、種々の施工手段
は、掘削手段２、ロックボルト打設手段３、１２、ギャ
ザリング手段４、破砕手段５、コンクリート吹き付け手
段６およびずり搬送手段７からなる。以下、それぞれに
ついて、簡単に構成を述べる。

【００１３】走行台車１は、クローラ式の走行機構８に
よって自走する台車であり、以下に述べる施工手段を搭
載して所定位置に移動し、固定することが可能であり、
それぞれの施工手段の駆動源、制御部を備える。

【００１４】走行台車１には、掘削手段２、ギャザリン
グ手段４、破砕手段５、コンクリート吹き付け手段６、
ずり搬送手段７が直接取り付けられている。

【００１５】ギャザリング手段４は、走行台車１の走行
により、解体ガラや掘削ずりをすくい集める。

【００１６】破砕手段５は、破砕ヘッド１４、ブーム部
材１３ａ、１３ｂからなり、それぞれ、不図示の回転支
点でヒンジ結合され、不図示の油圧シリンダによって駆
動される屈曲ブーム機構を有する。走行台車１とは、図
２、３に示す回転台１５で結合されているので、水平面
（ＸＹ平面）内に回転することができる。破砕ヘッド１
４は、ペンチ式のヘッドであり、油圧駆動により、コン
クリート覆工や支保工などを破砕する。なお、図示にお
いては、破砕作業を行わないときの、屈曲ブーム機構を
折りたたんだ格納状態を示している。

【００１７】コンクリート吹き付け手段６は、コンクリ
ート吹き付けシリンダ１８、ブーム部材１７、回転台１
６、不図示のコンクリート供給装置からなり、走行台車
１とは、回転台１６により水平面（ＸＹ平面）内に回転
可能に取り付けられ、ブーム部材１７の駆動により、コ
ンクリート吹き付けシリンダ１８を所望の方向に向け
て、吹き付け位置を移動でき、支保工配設後のコンクリ
ート吹き付けなどを行う。なお、図示においては、コン
クリート吹き付け作業を行わないときの格納状態を示し
ている。

【００１８】ずり搬送手段７は、コンベアからなり、解
体ガラや掘削ずりをコンベアで搬送し、トラックなどに
積載する。

【００１９】掘削手段２は、主には、回転ヘッド９、先
端ブーム部材１０と後端ブーム部材１１の２つのブーム
部材、回転台１１ｅからなる。回転台１１ｅは、水平面
（ＸＹ平面）内での回転が可能なように走行台車１に取
り付けられている。後端ブーム部材１１は、走行台車１
と回転台１１ｅに設けられたフランジ１１ｆとヒンジ結
合され、フランジ１１ｆと後端ブーム部材１１を結ぶ油
圧シリンダ１１ｂにより、あおり方向（図１の状態では
Ｘ軸回り）に所定角度の範囲で回動が可能である。ま
た、先端ブーム部材１０は、後端ブーム部材１１と回転
支点１１ｃでヒンジ結合され、先端ブーム部材１０と後
端ブーム部材１１を結ぶ油圧シリンダ１１ａにより、あ
おり方向（図１の状態ではＸ軸回り）に所定角度の範囲
で回動が可能である。回転ヘッド９は、先端ブーム部材
１０の先端に取り付けられている。すなわち、掘削手段
２は、２つのブーム部材からなる中折れブーム機構をな
している。

【００２０】図１に示す装置は、２つのロックボルト打
設手段３、１２を備えている。その機構、設置状態は、
本質的には同一なので、以下はロックボルト打設手段３
の例で説明する。

【００２１】図４（ａ）にロックボルト打設手段３の構
成を示す。ただし、図示の都合上、図１、２の配置姿勢
とは変えてある。その構成は、ロックボルトの打設穴を
穿孔し、ロックボルトを打設するドリフター３３と、ド
リフター３３を支持しながら打設方向に互いにスライド
することにより伸縮してドリフター３３の位置を移動せ
しめ、ロックボルトの打設を案内する、ガイドシェル３
５ａ、３５ｂ、３５ｃなどからなるロックボルト打設機
構２７と、ガイドシェル３５ａを支持してそれを移動せ
しめることにより、ドリフター３３を所望の方向に向
け、その穿孔位置またはロックボルト打設位置を移動さ
せるブーム機構１９と、からなる。

【００２２】ブーム機構１９の詳細は、回転台２０、ブ
ーム部材２１ａ、２１ｂ、回転台３１、受け台３０など
からなる。回転台２０は水平面（ＸＹ平面）内に回転可
能であり、ブーム部材２１ａは回転台２０に回転支点２
３によってヒンジ結合され、油圧シリンダ２２により、
図４（ａ）のＸ軸回りに所定角度の範囲で回動が可能で
ある。ブーム部材２１ｂは、ブーム部材２１ａに回転台
３１を介して結合され、油圧シリンダ３６により、図４
（ａ）の状態ではＺ軸回りに所定角度の範囲で回動が可
能である。受け台３０は、ブーム部材２１ｂと回転支点
２９により、図４（ａ）の状態ではＺ軸回りに回転可能
に結合されている。受け台３０には、ガイドシェル３５
ａが固定されている。ブーム機構１９、２４は、後端ブ
ーム部材１１の長さより短い長さになっている。

【００２３】ガイドシェル３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、
油圧駆動により伸縮するスライド機構をなし、図４
（ａ）が最も縮んだ状態、図４（ｂ）が最も伸びた状態
である。ガイドシェル３５ｃの端部に固定されたドリフ
ター３３は、このスライド動作とともに移動する。ロッ
クボルト打設機構２７、２８は、ガイドシェルを収縮し
た状態で、後端ブーム部材１１の長さより短くなってい
る。例えば、具体的な設計の一例をあげると、後端ブー
ム部材１１が５．３ｍ、ロックボルト打設手段３の収縮
状態の全長（回転台２０を含む）が５．１ｍで、後端ブ
ーム部材１１上に収めて搭載し、ガイドシェルのスライ
ド長が２ｍ、穿孔ロッド長４．２ｍを達成する装置が設
計できた。

【００２４】このロックボルト打設手段３は、図１に示
すように、掘削手段２の中折れブーム機構のうち走行台
車１に結合している方のブーム部材である後端ブーム部
材１１上に設けられ、先端ブーム部材１０と後端ブーム
部材１１を結合する回転支点１１ｃの近傍に回転台２０
を介して結合されている。図示の格納状態では、後端ブ
ーム部材１１上に並列して、折りたたんで格納されてい
る。またこれと本質的に同一の構造をもつロックボルト
打設手段１２は、後端ブーム部材１１上の同様の位置に
回転台２６を介して結合され、同様に格納されている。

【００２５】次に、上記に述べた掘削手段２、ロックボ
ルト打設手段３の動作を説明する。まず図２は、回転ヘ
ッド９を動かして、掘削作業を行う場合の動作を示す概
略図である。回転支点１１ｃ、回転支点１１ｄ、回転台
１１ｅを中心にしたそれぞれの回動による中折れブーム
機構の動作によって、掘削作業を行う回転ヘッド９が広
範囲に移動する様子が示されている。

【００２６】このとき、ロックボルト打設手段３、１２
は、それぞれのガイドシェルによるスライド機構を収縮
させ、ブーム機構１９、２４を操作して、図２のように
後端ブーム部材１１上に折りたたんで格納状態にある。
それぞれのロックボルト打設機構２７、２８、ブーム機
構１９、２４は、折りたたんだ格納状態で、後端ブーム
部材１１上に収まる長さに設計されている。

【００２７】掘削手段２が備えられているのは、先端ブ
ーム部材１０であり、図２に示されているように、掘削
作業時に格納状態にあるロックボルト打設手段３、１２
は、掘削手段２、あるいは、走行台車１に搭載されてい
るその他の施工手段と干渉することがない。また、ロッ
クボルト打設手段３、１２は、掘削により激しい振動を
受け、掘削ずりなどが飛び散る先端ブーム部材１０から
比較的離れた後端ブーム部材１１上にあるので、掘削作
業による不慮の損傷も受けにくくなっている。

【００２８】次に図３は、地山を穿孔し、ロックボルト
打設作業を行う場合の動作を示している。図３は、ロッ
クボルト打設機構２７、２８が、後端ブーム部材１１が
回転支点１１ｄを中心に図示のＸ軸回りに回動し、回転
台１１ｅにより図示のＺ軸回りに回転し、さらに、ブー
ム機構１９、２４の回動運動を組み合わせることによ
り、広範囲の穿孔位置にドリフター３３を向けることが
できることを示している。

【００２９】さらに、掘削手段２の回転ヘッド９は、中
折れブーム機構を屈曲させ、先端ブーム部材１０を、図
示のように後端ブーム部材１１の下側に折りたたんでい
るので、ロックボルト打設手段３、１２とは干渉するこ
となく、ロックボルト打設作業の妨げにもなることがな
い。さらに、回転支点１１ｄの図示右側に格納されてい
る他の施工手段とも干渉しないことは明らかである。

【００３０】なお、本実施の形態では、ロックボルト打
設手段を２つ設けているため、作業効率を上げることが
できるという利点がある。さらにもう１つの利点とし
て、図３のようにＸ方向、すなわちトンネルの壁面を向
く方向にそれぞれ対称的に同種の手段を設けて、その作
業範囲を分担することにより、それぞれのブーム機構の
可動範囲を限定することができ、したがってそれぞれの
ブーム機構を比較的簡素に構成できるということも挙げ
られる。ただし、ブーム機構の可動範囲を広げておい
て、すべてのロックボルト打設作業を１つの手段で行う
ように構成してもよいことは言うまでもない。その場合
には、一方のロックボルト打設手段の配置位置に別の施
工手段を設けて、さらに別な種類の施工作業を行えると
いう利点がある。

【００３１】また、本実施の形態では、回転台２０、２
６が、後端ブーム部材１１の回転支点１１ｃの近傍に設
けられているため、ブーム機構１９、２４は後端ブーム
部材１１の動きに重ね合わせて動くことができ、その結
果、ブーム機構１９、２４自体は比較的動作範囲が小さ
くても、全体として、広範囲の移動範囲を得ることがで
き、したがって、そのブーム機構１９、２４を比較的コ
ンパクトに軽量に構成することができる利点がある。

【００３２】なお、上記では、最も効果のある実施の形
態として、格納状態のロックボルト打設手段３、１２が
後端ブーム部材１１の長さより短く、回転台２０、２６
が回転支点１１ｃ近傍に設けられている例を説明した
が、回転台２０、２６が回転支点１１ｄの近傍に設けら
れていてもかまわない。その場合、格納状態のロックボ
ルト打設手段３、１２が後端ブーム部材１１の長さより
短ければ、以上に述べたのと同様に、その格納状態にお
いて掘削作業あるいはその他の作業の妨げにならないこ
とは明らかである。

【００３３】さらに、回転台２０、２６を回転支点１１
ｄの近傍に設ける場合は、実用上は、格納状態のロック
ボルト打設手段３、１２が後端ブーム部材１１の長さよ
り多少長くてもかまわない。というのも、図２に示す装
置では、そもそも中折れブーム機構の油圧シリンダによ
るリンク機構が、ブーム部材を１８０度以上に開くよう
な設計になっていないため、先端ブーム部材１０と干渉
することはないからである。このような設計は、実用さ
れる多くの中折れブーム機構で見受けられるものであ
る。この場合には、ガイドシェルのそれぞれの長さをさ
らに長くすることができ、より長尺のロックボルトの打
設が可能になる。

【００３４】また、後端ブーム部材１１の長さが比較的
長く、折りたたんだロックボルト打設手段３、１２の長
さが比較的短い場合は、回転支点１１ｃの近傍と言って
も、回転台２０、２６の配設位置は比較的広い範囲で自
由に選ぶことができることは言うまでもない。

【００３５】なおまた、上記の説明では、掘削手段２を
備える中折れブーム機構は、２つのブーム部材からなる
としたが、３つ以上のブーム部材をもつ中折れブーム機
構であってもよい。ロックボルト打設手段３を掘削手段
２に直結しているブーム部材を除くブーム部材上に取り
付けることができれば、上記の説明が同様にあてはまる
ことは明らかである。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、トンネル掘
削に用いるトンネル掘削装置であって、回動支点で結合
した少なくとも２つのブーム部材からなり、その先端に
掘削手段を設けた中折れ掘削ブーム機構を備え、そのう
ち掘削手段を備えていない方のブーム部材上に、回動可
能なブーム機構を設け、そこに、地山にロックボルトを
打設するためのドリフターと、それを支持してロックボ
ルトの打設を案内せしめるガイドシェルとからなるロッ
クボルト打設機構を設けて、ロックボルト打設手段を構
成するので、掘削時には中折れ掘削ブーム機構の掘削手
段のないブーム部材と一体で動き、掘削動作の妨げにな
らない、ロックボルト打設手段をトンネル掘削装置に設
けることができる。

【００３７】請求項２に記載の発明では、上記に加え、
ロックボルト打設機構を、そのガイドシェルを伸縮可能
に設けて、収縮時にはそのブーム機構を取り付けている
ブーム部材の長さより短い長さに収縮し、かつそのブー
ム機構の回動によって、取り付けているブーム部材近傍
に並列して格納するので、よりいっそう支障のない掘削
作業を進めることができる効果がある。

【００３８】請求項３に記載の発明では、上記に加え、
ロックボルト打設機構を取り付けたブーム機構は、それ
を取り付けたブーム部材上において、掘削手段を設けた
ブーム部材と結合した回動支点の近傍に設けられるの
で、ロックボルト打設機構を移動させるとき、中折れ掘
削ブーム機構を動かすブーム機構の動きを最大限に生か
すことができ、ロックボルト打設機構に取り付けられる
ブーム機構を小さくしておいても、大きな可動範囲を得
られるように構成でき、装置の大きさ、質量を低減でき
る。したがって、１台の装置に種々の施工手段を備える
多機能掘削機を構成するのに好適である。また、ブーム
機構をコンパクトに簡素にできるので、装置の製作コス
トを抑えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るトンネル掘削装置を示す概略図
である。

【図２】 本発明に係るトンネル掘削装置による掘削動
作の様子を示す概略図である。

【図３】 本発明に係るトンネル掘削装置による穿孔お
よびロックボルト打設動作の様子を示す概略図である。

【図４】 本発明に係るトンネル掘削装置の、ロックボ
ルト打設機構の伸縮動作の様子を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 走行台車 ２ 掘削手段 ３ ロックボルト打設手段 ４ ギャザリング手段 ５ 破砕手段 ６ コンクリート吹き付け手段 ７ ずり搬送手段 ９ 回転ヘッド １０ 先端ブーム部材 １１ 後端ブーム部材 １１ａ、１１ｂ 油圧シリンダ １１ｃ、１１ｄ 回転支点 １１ｅ 回転台 １１ｆ フランジ １２ ロックボルト打設手段 １９、２４ ブーム機構 ２７、２８ ロックボルト打設機構 ３３ ドリフター ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ ガイドシェル

フロントページの続き (72)発明者 藤原 康政 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 野村 洋人 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 木内 勉 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AC20 BA23 BA24 2D065 AA13 AB01 AB13 AB21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削に用いるトンネル掘削装置
   であって、 回動支点で結合した少なくとも２つのブーム部材からな
   り、その先端に掘削手段を設けた中折れ掘削ブーム機構
   を備え、 該中折れ掘削ブーム機構の、掘削手段を備えていないブ
   ーム部材上に、回動可能なブーム機構を設け、該ブーム
   機構に、地山にロックボルトを打設するためのドリフタ
   ーと、該ドリフターを支持してロックボルトの打設を案
   内せしめるガイドシェルとからなるロックボルト打設機
   構を設けて、ロックボルト打設手段を構成したことを特
   徴とするトンネル掘削装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトンネル掘削装置にお
   いて、 前記ロックボルト打設機構は、前記ガイドシェルを伸縮
   可能に設けて、収縮時には前記ブーム機構を取り付けて
   いるブーム部材の長さより短い長さに収縮し、 かつ前記ブーム機構の回動によって、前記ブーム部材近
   傍に並列して格納できることを特徴とするトンネル掘削
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のトンネル掘削
   装置において、 前記ロックボルト打設機構が設けられたブーム機構は、
   前記ブーム部材上において、前記掘削手段を備えたブー
   ム部材と結合した回動支点の近傍に設けたことを特徴と
   するトンネル掘削装置。